C语言学习 第一章

计算机文化基础邮箱：zyh@办公室电话：66134267计算中心网址：地址：A楼1022课程学习与等级考试

上海市计算机等级考试简介考试科目

1级：windows基础、office基础、多媒体基础、网页制作

2级：程序设计基础（C、VB、VB.NET、JAVA、WEB[ASP]）

3级：计算机系统与网络技术信息系统与数据库技术多媒体应用系统技术考试时间每年10月底~11月初的两个星期的周末报名时间每年6月份向学生所在学院报名3等级考试与竞赛等级考试可以对自己的计算机学习能力进行检验通过竞赛可以对自己的计算机应用能力进行检验上海大学大学生计算机应用能力大赛所有在校学生都可自由组队参加竞赛竞赛时间每年的9、10月份，请注意计算中心网站上的通知上海市大学生计算机应用能力大赛所有学生可以自由组队参加上海市大学生计算机应用能力大赛竞赛时间每年3、4月份报名时间每年春节之前全国大学生计算机应用能力竞赛上海市计算机应用能力大赛的文科优胜队可以参加全国的文科计算机应用能力竞赛明年开始全国大学生计算机应用能力大赛文理科学生都将有机会参赛上海市或全国计算机应用能力大赛的优胜者（奖状、奖杯）将对今后的就业求职、直升研究生、考研加分等，都有直接的作用4课程评分标准平时20％（即总评的20分）出勤：满勤10分，倒扣机制（缺勤一次扣4分）作业或实验：满分10分课程设计：满分30分平时作业必须上传使用软件：FTP工具（例如Leapftp）上传地址：密码：本人身份证号上传截止日期：第九周星期天晚上12点正5课程评分标准期末考试占总评50％（卷面满分100）理论题20分（选择、填充）第1、2、6、7章的内容操作题80分计算机基础知识15分Word15分Excel15分PPT10分FrontPage156上机要求实验地点：D503第一次位置坐好后就固定按指定的实验要求完成每次实验内容遵守实验守则，不带食品、饮料进实验室进实验室穿好鞋套、带好教材（含实验教材）做好预习第一章

计算机基础知识本章目录1.1计算机的发展1.2计算机应用1.3计算机中的信息表示1.4计算机组成与工作原理1.5计算机软件系统1.6操作系统基本概念1.1计算机的发展10第一台电子数字计算机ENIAC美国物理学家莫克利（JohnMauchly）教授和他的学生埃克特（PresperEckert）18,000个电子管6,000个继电器70,000多个电阻10,000多只电容及其他器件总体积约90立方米，重30吨耗电174千瓦机器被安排在一排2.75米高的金属柜里占地170平方米其内存是磁鼓、外存为磁带操作由中央处理器控制使用机器语言编程运算速度达到了5000次/秒在3/1000秒时间内完成两个10位数的乘法，使原来近200名工程师用机械计算机需7～10小时的工作量，缩短到只需30秒便能完成。

11以电子器件发展为主要特征的计算机的发展阶段计算机发展的几个阶段12奠定现代计算机基础的重要人物19世纪末，赫尔曼·霍列瑞斯（HermanHollerith）用穿孔卡完成了第一次大规模的数据处理霍列瑞斯的成就使他成为了“信息处理之父”英国数学家布尔（G.Boole），1854年又出版的《思维规律的研究——逻辑与概率的数学理论基础》建立了一门新的数学学科：布尔代数，构思了关于0和1的代数系统，用基础的逻辑符号系统描述物体和概念，这为今后数字计算机开关电路的设计提供了重要的数学方法。13香农（C.Shannon）信息论之父1938年第一次在布尔代数和继电器开关之间架起了桥梁，发明了以脉冲方式处理信息的继电器开关，从理论到技术彻底改变了数字电路的设计1948年写作了《通信的数学基础》1956年参与发起了达特墨斯人工智能会议，率先把人工智能运用于计算机下棋，还发明了一个能自动穿越迷宫的电子老鼠，以此验证了计算机可以通过学习提高智能。14阿兰·图灵（AlanTuring）1936年，他的论文——《论可计算数及其在判定问题中的应用》（OnComputerNumbersWithanApplicationtotheEntsheidungsProblem），论述了一种假象的通用计算机，即理想计算机，被后人称为“图灵机”（TuringMachine，TM）1939年，图灵根据波兰科学家的研究成果，制作了一台破译密码的机器——“图灵炸弹”1945年，图灵领导一批优秀的电子工程师，着手制造自动计算引擎（AutomaticComutingEngineer，ACE）1950年10月图灵发表了“计算机和智能”（ComputingMachineryandIntelligence）进一步阐明了计算机可以有智能的思想，并提出了测试机器是否有智能的方法，人们称之为“图灵测试”，图灵也因此荣膺“人工智能之父”的称号1954年，42岁的图灵英年早逝从1956年起，每年由美国计算机学会（AssociationforComputingMachinery，ACM）向世界时最优秀的计算机科学家颁发“图灵奖”（TuringAward）15维纳、冯·诺依曼维纳，“控制论之父”1940年提出现代计算机应该是数字式的，应由电子元件构成，采用二进制，并在内部存储数据1943年美国陆军军械部听从了戈德斯坦等科学家的建议，投资进行ENIAC计算机的研制。冯·诺依曼，美籍匈牙利数学家提出了著名的“存储程序”设计思想现代计算机体系的奠基人冯·诺依曼16威尔克斯(M.Wilkes)1946年，英国剑桥大学威尔克斯（M.Wilkes）教授到宾夕法尼亚大学参加了冯·诺依曼主持的培训班，完全接受了冯·诺依曼的存储程序的设计思想1949年5月，威尔克斯研制成了一台由3000只电子管为主要元件的计算机，命名为电子储存程序计算机（ElectronicDelayStorageAutomaticCalculator，EDSAC），他也因此获得了1967年度的“图灵奖”这样，EDSAC成为了世界上第一台程序存储式计算机，以后的计算机都采用了程序存储的体系结构，采用这种体系结构的计算机被统称为冯·诺依曼型计算机。1.2计算机应用18计算机的类型与用途按照计算机的用途分类通用机通用机能满足各类用户的需求，解决多种类型的问题，通用性强专用机专用机针对特定用途配备相应的软硬件，功能比较专一，但能高速、可靠地解决特定的问题。按照计算机的实现原理分类电子数字计算机电子数字计算机是指参与运算与存储的数据是用0和1构成的二进制数的形式表示的，基本运算部件是数字逻辑电路组成的计算机电子模拟计算机电子模拟计算机是指用连续变化的模拟量表示数据，基本运算部件是运算放大器构成各类运算电路所组成的计算机。19计算机的分类PC机（personalcomputer）以微处理器为中央处理单元而组成的个人计算机工作站（Workstation）一种高档微机系统，其最突出的特点是图形功能强，具有很强的图形交互与处理能力，因此在工程领域、计算机辅助设计领域得到广泛应用。大型通用机（mainframe）通用性强、具有很强的综合处理能力、性能覆盖面广。主要应用在科研、商业和管理部门。大型机系统可以是单处理机、多处理机或多个子系统的复合体。20计算机的分类巨型机(supercomputer)巨型机是各种计算机中档次最高、运算速度最快、性能最高、技术最复杂的。主要用于解决科技领域中某些带有挑战性问题的关键工具。巨型机按照体系结构和技术水平，经历了四代单指令流多数据流（SIMD）的阵列处理机（ILLAC-IV）具有流水线结构的向量机VP（Cray-1）多指令流多数据流（MIMD）的共享主存多处理机系统（CrayX-MP、CrayY-MP）大规模并行处理系统（MMP）21计算机的分类服务器“服务器”一词更适合描述计算机在应用中的角色、而不是刻画计算机的档次服务器是网络中最重要的一个角色担任服务器的计算机可以是大型机、小型机或高档次的微型机。服务器可以提供信息浏览、电子邮件、文件传输、数据库、音视频流等多种服务业务。服务器的主要特点只在客户请求下才为其提供服务；服务器对客户是透明的，一个与服务器通信的用户面对的是具体的服务，可以完全不知道服务器采用的是什么机型、运行的是什么操作系统。服务器严格地说是一种软件的概念，一台作为服务器的计算机通过安装不同的服务器软件，可以同时扮演几种服务器的角色。22计算机的应用模式单主机计算模式（终端+主机）20世纪80年代之前，计算机的应用普遍采用单主机计算模式，其特征是单台计算机构成一个系统，应用方式是编程计算，应用领域是大型科学计算和大量的数据处理，还有工业中的过程控制。23计算机的应用模式客户机/服务器计算模式（Client/Server）客户机服务器提出请求提供服务网络产生请求有效接收数据用户交互显示控制处理多个请求执行相关服务程序管理连接提供安全性、完整性及并发控制24网络计算模式在Internet环境中，每个客户机都成为资源无比强大的世界计算机的终端。用户既可以是网络资源的受益者，也可以是网络资源的提供者。Internet的贡献是向人们显示出信息共享的可能性和现实性。Web把各种应用集成在一个统一的窗口界面，通过计算机网络把世界联系起来，并重新定义了共享信息的方式。计算机的应用模式25计算机与社会信息化材料、能源、信息——社会的三大要素信息化社会与信息科学技术信息化带动社会现代化信息化科院促进工业的现代化农业现代化的出路在于信息化其他领域的信息化信息高速公路的五个典型应用领域电子政务电子商务远程教育远程医疗电子娱乐1.3计算机中的信息表示27计算机采用二进制编码在二进制系统中只有两个数：0和1。所有的信息：指令、数据、图形、声音等，都以二进制编码的形式存入计算机中。采用二进制编码表示信息的优点：易于物理实现二进制数运算简单机器可靠性高通用性强28计算机中的信息单位位（bit）度量数据的最小单位，表示一位二进制数字字节（byte）信息组织和存储的基本单位，也是计算机体系结构的基本单位1byte=8bit1KB=1024byte1MB=1024KB1GB=1024MB1TB=1024GB字长计算机硬件设计的一个指标，代表了机器的精度。字长是指CPU在一次操作中能处理的最大数据单位，它体现了一条指令所能出来处理数据的能力。29计算机中的数字系统进位计数制及不同进制数之间的转换30认识进位计数制如果数制只采用R个基本符号，则称为基R数制，R称为数制的“基数”，而数制中每一固定位置对应的单位值称为“权”进位计数制的编码遵循“逢R进位”的规则，各位的权是以R为底的幂，1个数可按权展开成为多项式。表示任意进制数的通用表达式式中的R表示进制的基数，Ki表示R进制数中的一个数码，而n、m为整数。31认识进位计数制(101.011)B=1×22+0×21+1×20

+0×2-1+1×2-2+1×2-3(52.2)O=5×81+2×80+2×8-1(A3.5)H=10×161+3×160+5×16-132认识进位计数制常用的进位数制二进制R=2基本符号0，1八进制R=8基本符号0，1，2，3，4，5，6，7十进制R=10基本符号0，1，2，3，4，5，6，7，8，9十六进制R=16基本符号

0，1，2，3，4，5，6，7，8，9，A，B，C，D，E，F33R进制转换为十进制(1101101.0101)B

=1×26+1×25+0×24+1×23+1×22+0×21+1×20+0×2-1

+1×2-2+0×2-3+1×2-4

=64+32+0+8+4+0+1+0+0.25+0+0.0625=109.3125(3506.2)O

=3×83+5×82+0×81+6×80+2×8-1

=1536+320+0+6+0.25=1862.25(0.2A)H=0×160+2×16-1+10×16-2

=0+0.125+0.0390625=0.164062534十进制转换为R进制将十进制数的整数部分和小数部分分别考虑。整数部分采取“除R取余”，得到的商再除以R，依次进行，直到最后的商等于0。先得到的余数为R进制的低位，后得到的余数为R进制的高位。小数部分采取“乘R取整”，乘积的小数部分继续乘R，依次进行，直到乘积的小数部分为0。先得到的整数为R进制的高位，后得到的整数为R进制的低位。35将十进制数13.375化为二进制数。十进制转换为二进制(13)D=(1101)B

整数部分：013262余13212余0余1余1最高位最低位小数部分：0.375×20.75×21.5×21.0整0最高位整1整1最低位(0.375)D=(0.011)B

(13.375)D=(1101.011)B

0.750.536八进制数有8个不同的数码，如果用二进制来表示，则三个二进制位正好能表达8种状态。十六进制数有16个不同数码，若用二进制来表示，对应于四个二进制位。23=8，24=16一个八进制数在转换位二进制数时，只要将八进制数的每一位分别转换成三位二进制数，其顺序不变。同理，将十六进制数转换为二进制数时，只要分别转换成四位二进制数即可。在转换时，位组划分是以小数点为中心向左右两边延伸，中间的0不能省略，两头不够时可以补0。二、八、十六进制的相互转换3738二进制与八进制之间的互换(730)O=(111011000)B(101010.01)B=(101,010.010)B=(52.2)O

(1101110.01)B=(001,101,110.010)B=(156.2)O二进制与十六进制之间的互换(A58)H=(101001011000)B(101010.101)B=(0010,1010.1010)B=(2A.A)H二、八、十六进制的相互转换39计算机中正负数的表示在计算机中，一般用“0”表示正号，用“1”表示负号，符号位放在数的最高位。40原码、反码和补码原码的编码规则是：符号位用“0”表示正，用“1”表示负。数值部分用二进制的绝对值表示。反码的编码规则是：正数的反码是其原码，负数的反码则符号位为“1”，数值部分是它原码的按位取反。补码的编码规则是：正数的补码是其原码，负数的补码则是其反码再加1。正数：原码＝反码＝补码负数：符号位为“1”41原码、反码和补码0000000000000100数值4的编码原码：0000000000000100反码：0000000000000100补码：1000000000000100数值-4的编码原码：1111111111111011反码：1111111111111100补码：符号位符号位＋142两个整数的加减法42－84：用补码来表示。42的补码：-84的原码：00000000001010101000000001010100111111111010101111111111101011001111111111010110-84的反码：-84的补码：42-84：+=43计算机中实数的浮点表示X=±M×2±EM称为数X的尾数。M采用二进制纯小数形式（0.xxxx），它代表了X的全部有效数字，其位数反映了数据的精度。E称为数X的阶码，表示2的几次方。E通常采用二进制整数形式，它决定了数的范围。M和E都可以是正数或负数。在实际应用中M和E常用补码表示。浮点数格式（16位）阶符阶码值尾符尾数值尾数小数点位置1514121101044计算机中的非数值信息西文字符编码ASCII码（美国信息交换标准代码）0~9、大小写英文字母、专用符号等95种可打印字符33种控制字符（如回车、换行等）一个字符的ASCII码占一个字节，用七位二进制码表示，最高位不用ASCII码最多可表示128个不同的符号EBCDIC码IBM公司在它的各类机器上广泛使用的一种信息代码一个字符的EBCDIC码占用一个字节，用八位二进制码表示EBCDIC码最多可表示256个不同的符号45计算机中的非数值信息中文信息编码国家标准信息交换用汉字编码(GB2312-80)：国标码采用两个字节，用两个七位二进制码表示一个汉字国标码共收入6763个汉字，一级汉字（最常用）3755个；二级汉字3008个；682个西文字符、图符。处理汉字编码和西文编码的方式国标码，将两个字节的最高位分别置“1”；ASCII码的最高位置“0”Unicode码：已成为信息编码的一个国际标准。它由统一编码组织于20世纪90年代初制定的一种16位字符编码标准，它是以两个字节表示一个字符。（MicrosfotOffice就是基于Unicode文字编码标准。）46计算机中的非数值信息多媒体信息编码多媒体信息要经过数字化后，以某种二进制编码形式来表示1.4计算机组成与工作原理48“存储程序”工作原理程序就是为完成预定任务用某种计算机语言编写的一组指令序列，计算机按照程序规定的流程依次执行指令，最终完成程序所描述的任务。机器指令：计算机硬件能够识别和执行的指令序列。每条机器指令都规定了计算机所要执行的一种基本操作。计算机的工作方式取决于它的两个基本能力（计算机的“存储程序”工作原理）能够存储程序能够自动地执行程序冯.诺依曼：存储程序原理49“存储程序”工作原理存储程序计算机的五大组成部分和基本工作方法采用二进制编码形式表示数据和指令（将程序和数据一样看待）要执行的程序和被处理的数据预先放入内存中，计算机能够自动地从内存中取出指令执行计算机由运算器、存储器、控制器、输入和输出五大基本部件组成。计算机必须有一个存储器，用来存储程序和数据；必须有一个运算器，用以执行指定的操作；必须有一个控制器，以便实现自动操作；需要有输入和输出部件，以便输入原始数据和输出计算结果。50计算机组成——硬件系统运算器控制器存储器输入设备输出设备51运算器和控制器运算器执行算术和逻辑运算，又称为算术逻辑部件（ALU）控制器计算机硬件系统的指挥和控制中心。当系统运行时，由控制器发出各种控制信号，指挥系统的各个部分有条不紊地协调工作。然而，控制器产生控制信号的依据是“机器指令”，通过对一条指令的译码，控制器将产生相应的一组控制信号，并控制计算机完成一组特定的操作。此外，控制器所产生的控制信号还要受时序的控制。运算器和控制器是计算机的核心，称为中央处理单元（CPU）52存储器功能：存放程序和数据存储器有内存（主存）和外存（辅存）之分53内存内存空间由存储单元组成，每个单元存放8位二进制数，称为一个字节。存储单元的数量称为存储容量。内存主要以半导体存储器为主，为可读写的随机存取存储器（RAM），允许以任意顺序访问，即采取按地址存（写）取（读）的工作方式。内存的全部存储单元按一定顺序编号，这种编号称为存储器的地址。内存是易失性存储器，即断电后信息不能保存。地址译码器地址总线内存数据总线读写控制电路读写命令内存储器54外存存放程序和数据的“仓库”，可以长时间地保存大量信息。外存容量大、能长久保存数据，且价格相对便宜。但速度比内存要慢，因为存储在外存上的程序和数据必须调入内存中，才能由CPU进行处理。55特殊的存储器芯片——ROM和CMOSROM（只读存储器）ROM芯片在出厂时就被植入程序。它是非易失性的。CPU可以读取存于ROM芯片中的程序，但不能修改里面的内容。ROM芯片通常含有执行特殊任务的计算机指令。例如系统初始化程序、操作系统的引导程序、以及多种硬件驱动程序等。这些程序被固化在ROM中，而ROM芯片也称为固件。计算机启动时，首先运行ROM中的初始化程序对系统进行检测，然后引导操作系统进入内存。只有在操作系统启动之后，计算机才正式开始工作。56特殊的存储器芯片——ROM和CMOSCMOSCMOS中保存着计算机当前的配置信息，如日期和时间、硬盘的格式和容量、内存容量等。CMOS是由电池供电，当电源关闭时不会丢失内容；CMOS的内容是可以被改变，以反应计算机系统的改变。CMOS中所存储的信息也是在计算机调入操作系统之前必须知道的信息。如，磁盘上的磁道数和扇区数、扇区的大小。57输入/输出设备输入设备接收用户输入的数据（含多媒体数据）、程序或命令，然后将它们经设备接口传送到计算机的存储器中。常见的输入设备有：键盘、鼠标、扫描仪、数字化仪、声音设别设备等。输出设备将程序运行结果或存储器中的信息传送到计算机外部，提供给用户。常见的输出设备有：显示器、打印机、绘图仪、音频输出设备等。58总线总线是计算机中各部件之间传递信息的基本通道。数据总线：传递数据信息地址总线：传输地址信息控制总线：传送控制信号59程序的自动执行程序的执行是在控制器的控制之下自动完成的。程序：用来完成某项任务，由若干条指令组成的指令序列。指令的组成操作码：表示该指令的功能。操作数：表示指令要处理的数据，或数据所在的地址。60程序的自动执行一条指令的执行通常分为取指从内存中取出要执行的指令。译码指令寄存器中的指令操作码经译码器处理后送往控制器，控制器根据指令的功能产生相应的控制信号序列。如果该指令含有操作数的地址，控制器还要形成相应的地址，以便指令执行时使用。执行机器按照控制器发出的控制信号完成各种工作，从而完成该指令的功能。61计算机的指令系统算术与逻辑运算类指令：该类指令通常利用ALU完成对一个或两个数据的算术、逻辑运算。移位指令：用于把指定的一个操作数左移、右移一位或多位。数据传送类指令：用于实现在通用寄存器之间、在通用寄存器和内存之间、在内存不同单元之间传送数据。另外，在传送类指令中还包括用于在主机和外设（接口）之间传送数据，及输入输出指令。62计算机的指令系统转移类指令：转移类指令是导致指令执行顺序改变的指令。该类指令又分为无条件转移指令和有条件转移指令，但都要给出转移地址。子程序调用指令和返回指令也可以算作是一种特殊的转移指令。系统特权指令：该类指令只用于操作系统或一些系统软件中，主要用于管理与分配系统资源。其他指令：如动态停机指令、空操作指令、开/关中断指令等。这类指令用于完成特定功能。63微处理器处理器重要的性能指标——主频目前的CPU都集成在一块芯片上，称为微处理器。它是组成微机的一个核心器件。CPU的主频：CPU能够适应的时钟频率，或者CPU产品的标准工作频率，它等于CPU在一秒内能够完成的工作周期数。CPU的主频以MHz（兆赫兹）为单位。1MHz为每秒100万周期。主频越高就表明CPU运算速度越快。64高速缓存高速缓存（cache）是用来解决高速CPU与相对低速的内存之间的矛盾的。它是介于CPU与内存之间的一种特殊存储机构，不属于内存也不占有内存地址。高速缓存介于内存和CPU之间，它的存取速度比内存快，但容量不大，主要是用来存放当前内存中频繁使用的程序块和数据块，并以接近于CPU的速度向CPU提供程序指令和数据。65指令的流水线控制技术加快指令的执行速度提高单条指令的执行速度（如提高主频）让指令并行执行流水线机制是一种指令级的并行技术，在同样的时间段可以比非流水线方式执行更多的指令。1.5计算机软件系统67计算机软件概述计算机系统硬件系统和软件系统硬件是实体，软件是灵魂68计算机软件概述计算机软件分为系统软件和应用软件。系统软件负责管理、控制和维护计算机的各种软硬件资源，并为用户提供一个友好的操作界面和工作平台。操作系统、语言处理程序（编译）、连接装配程序、系统实用程序、数据库软件等应用软件专业人员为各种应用目的而开发的应用程序办公自动化软件、专业软件、科学计算软件包、游戏软件等69计算机语言概述第一代语言——机器语言机器语言由CPU可以设别的一组由0、1序列构成的指令码。这种机器语言是从属于硬设备的，不同的计算机设备有不同的机器语言。第二代语言——汇编语言汇编语言用助记符来表示每一条机器指令。第三代语言——高级语言面向过程BASIC、FORTRAN、COBOL、Pascal、Ada、C等70计算机语言概述面向对象的程序设计语言面向对象的程序设计语言充分体现了人们看待周围事物所采用的面向对象观点。这种观点认为：我们周围的世界是由一个个的对象组成，而周围所发生的一切是对象间相互作用的结果。在面向对象的程序设计中，“类”和“对象”是两个基本的概念。在程序中，利用类来创建对象，对象具有属性，对象还具有功能，是一个能动的主体。程序的功能就是通过各个对象自身的功能和相互作用得以实现。C++、Java等71计算机语言概述面向对象与可视化程序设计语言这是一种基于某种面向对象语言的开发环境。这类语言通常提供可视化的集成开发环境，并以组件的形式提供了可视化的类库。在这样的编程环境下，程序的开发过程是可视化的，即很多编程工作可以通过可视化的操作实现，而对应的代码则由系统自动生成。该类语言特别适合于开发图形用户界面，而且能够做到所见即所得。利用这样的语言开发程序可以大大降低编程的复杂度，提高编程效率。VisualBasic、Delphi、VisualC++72计算机语言概述非过程化的语言用户使用这种语言，不必关心问题的解法和处理过程的描述，只须说明所要完成的工作目标及工作条件，就能得到所要的结果，而其他的工作都由系统来完成。也即原来费时费力的编程工作主要由系统来承担。因此非过程化语言比过程化语言使用起来更加方便。关系数据库的标准语言SQL73操作系统概述操作系统是计算机最基本的系统软件。操作系统的形成过程大致经历了手工操作、管理程序和操作系统3个阶段。1.6操作系统基本概念75操作系统功能对计算机系统中的软硬件资源进行有效的管理和控制；合理地组织计算机的工作流程；为用户提供一个使用计算机的接口和界面。76操作系统基本概念进程与处理机管理处理机就是指CPU。CPU是执行程序（包括系统程序和用户程序）的惟一部件，是计算机中最宝贵的硬件资源。如何管理好CPU、提高CPU的使用率是操作系统的核心任务。在多用户系统中，同时有多个用户在使用计算机，同时运行着多个程序，CPU如何分配、如何调度，是处理机管理要解决的问题。管理CPU的目的是为了更有效地执行程序，而正在执行的程序就是“进程”。进程也是操作系统管理的对象，进程管理与处理机管理密不可分。77操作系统基本概念内存管理包括内存空间的分配、保护和扩充。设备管理根据预定的分配策略，将设备接口及外设分配给请求输入输出的程序，并启动设备完成输入输出操作。为了尽可能发挥设备和主机的并行工作能力，设备管理采用了通道和缓冲技术。78操作系统基本概念信息管理在计算机的外存上存储着大量的信息（包括程序和数据），如何组织和管理好这些信息，并方便用户的使用，这就是操作系统信息管理的内容。操作系统管理信息的基本单位是“文件”，并提供树形目录结构，允许用户将文件存放在不同的目录中。信息管理又称为“文件管理”。信息的共享和保护也是文件系统所要解决的问题。在多用户系统中，硬盘上存储着大量的文件，哪些文件可以为用户共享，哪些文件只能为部分用户或特定用户使用，都需要系统管理员利用操作系统提供的权限管理功能为文件设定不同的访问权。79操作系统基本概念用户接口操作系统的一个主要功能就是为用户提供一个友好的用户接口。用户接口有两种类型（两个层次）程序级的接口：及系统提供了一组“系统调用”供用户在编程时调用。通过这些系统调用，用户可以在程序中访问系统的一些资源（包括文件），或要求操作系统完成一些特定的功能。作业级接口：即操作系统用户界面。80进程与处理机管理进程是程序的一次执行过程，是系统进行调度和资源分配的一个独立单位。操作系统对每一个执行的程序都会创建一个进程，一个进程就代表一个正在执行的程序。操作系统正是采用进程概念来描述一个程序的执行过程、记录执行程序的相关信息、并实现对一个正在执行的程序的管理。81进程与处理机管理程序：是一种静态的概念，是指存储在文件中的程序，如源程序、可执行程序等。对于程序文件，可以进行创建、编辑、编译、复制和删除等操作。进程：是动态的概念。当用户运行一个程序时，系统就为它建立一个进程，并为该进程分配内存、CPU和其他资源。当程序结束运行时，为该程序本次执行所建立的进程就消亡了，进程有它自己的生命周期。对于进程（或者说对于一个正在执行的程序），有另外一套不同于程序文件的操作。82进程与处理机管理系统建立一个进程的过程：当启动一个程序时，系统就为之建立一个进程控制块（PCB），这就是进程存在于系统中的实体。PCB相当于一张电子表格，记录了该进程的描述信息、控制信息和资源信息。PCB是系统感知进程存在的惟一实体。操作系统通过访问PCB，就知道有哪些进程存在、每一进程当前处于什么状态，就可以对进程进行调度、为进程分配软硬件资源。当进程结束时，系统通过释放PCB来回收进程所占用的各种资源。83进程与处理机管理在进程管理中，进程状态是一个核心概念。就绪状态：处于该状态的进程除CPU外，其他所需资源已全部满足。即处于就绪状态的进程只缺CPU资源，一旦获得CPU，进程就可以变为执行状态，进程对应的代码被执行。当用户启动一个程序时，系统为它创建一个进程，并将其置为就绪状态。执行状态：正在CPU上执行的进程所处的状态。当一个进程处于执行状态时，CPU就会执行该进程的指令代码（取指并执行）。当计算机只有一个CPU时，同一时刻最多有一个进程处于执行状态。而在多CPU系统中，可以有多个进程同时处于执行状态（每个CPU上都执行着一道程序）。84进程与处理机管理等待状态：当一个进程由于等待某个事件而不能运行时，即处于等待状态（又称阻塞状态）。处于等待状态的进程即使给它CPU也不能运行，因为缺少其他必要条件。在这里，“事件”可以是某个外部设备操作的完成，也可以是系统某项工作的完成，还可以是有协作关系其他进程的工作等。进程与处理机管理的核心工作就是进程调度，即按照一定的法则将CPU动态地分配给某个就绪进程。85进程与处理机管理进程状态转换就绪→执行在进程调度算法中，操作系统最常采用的一种算法就是优先级调度法。如果处在就绪状态的进程不止一个，它们就按照进程优先级排队等待CPU，优先级高的进程排在前面。进程的优先级是在创建进程时由系统指定的。一旦CPU出现空闲，系统就将CPU分配给排在最前面的进程，而获得CPU的进程也就从就绪状态变为执行状态。86进程与处理机管理进程状态转换执行→等待处于执行状态的进程在代码执行过程中可能会发出对某种资源的请求。进程在发出这些请求后，必须要等待所需资源得到满足、相关操作完成之后，代码才能继续执行下去。一条指令执行过程中要等待的条件是多种多样的，按照操作系统的术语，把这些等待因素归结为等待某个事件的发生。进程由执行状态转为等待状态是由于进程自身的操作所引起的，是由于进程执行到某条指令时，由于要等